强塑积大于30GPa·%的高Al中锰钢的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料领域，是一种高A1含量的中锰汽车用冷轧钢板，具体涉及该 低密度钢的成分设计及制备工艺。
【背景技术】
[0002] 随着资源、能源和环境问题日益严峻，提高汽车的燃油经济性、节能减排逐渐成为 汽车行业发展的焦点性问题。近些年来，世界各国汽车及钢铁企业投入了大量资金，纷纷研 制开发汽车用新型高强度钢或超高强钢板，包括马氏体钢、CP钢、DP钢、TRIP钢、TWIP钢等， 通过降低钢板厚度来降低汽车重量。此外，自2009年以来，国内外也在大力开发以中锰钢 为代表的第三代汽车用钢，其强塑积可达30GPa*%。这些钢具有优良的综合力学性能，具 有一定的减重潜力。
[0003] 有一种更好的思路是，开发集低密度与高强韧性于一身的钢板。通过向钢中添加 一定量的A1元素，在合金成分与成型工艺的调控基础上，得到具备高强度、良好塑性的新 型汽车用钢板。这种钢的优势在于，在不牺牲汽车结构部件强度的前提下尽量减轻汽车的 自重。Fe-Mn-Al-C系低密度、高强韧钢室温下具有奥氏体、奥氏体+铁素体双相组织或者奥 氏体+铁素体+k appa碳化物的多相组织，具有较高的强度、良好的塑性、高的加工硬化率， 变形过程中无屈服平台现象。相比于其他的先进高强汽车用钢，低密度、更好的强韧性等特 点使这类钢具备更大的开发前景与优势。
【发明内容】
[0004] 本发明正是在中锰钢的基础上，加入了较高的A1含量，从而在合理的工艺控制下 开发出了性能优异的低密度高强韧钢。
[0005] 为实现上述目的采用如下技术方案
[0006] 钢中化学成分（质量百分比）为：0? 10%~0? 35% C、5. 0%~9. 0% Mn、4. 0%~ 7. 5% Al、P〈0.003%、S〈0.002%，余量为Fe及不可避免杂质。试验用钢的密度为7. 10~ 7. 50g/cm3,较纯铁降低5. 0% ~9. 5%。
[0007] 本发明开发了一种强塑积大于30GPa? %的高A1中锰钢的制备方法，其制备方法 如下：
[0008] (1)根据上述的化学成分进行冶炼，锻造成矩形板坯；
[0009] (2)将板坯进行组织均匀化处理，加热温度为1200°C，保温2h ;
[0010] (3)板坯在二辊轧机进行多道次热轧变形，开轧温度1050~1100°C，终轧温度保 持在850~900°C，多道次轧制，保证其累计变形量80 %~85%，乳制结束后水冷至600~ 700 °C卷取；
[0011] (4)固溶后钢板进行冷轧变形，经过多道次轧制变形，累积压缩量为65~70% ;之 后进行退火处理，在在860~930°C保温0. 5h后水淬至室温。
[0012] 本发明冷轧钢板强塑积可达30~50GPa ? %，符合第三代汽车用钢（强塑积> 30GPa ? % )的设计要求。
[0013] 本发明具有以下优点
[0014] (1)具有优良的综合力学性能（高强和良好的塑性），本发明退火处理后钢板具有 强度与塑性的良好结合，具有很好的碰撞吸收性能。
[0015] (2)相比于第三代汽车用钢中具有代表性的中锰钢，本发明采用合理的合金元素 配比，添加了 A1等轻质元素，在保证钢板优良综合力学性能的基础上，降低了钢板密度，减 重效果明显。
[0016] (3)相比于高锰TWIP钢、奥氏体Fe-Mn-Al-C钢，本发明中合金元素较低，碳当量较 低，成形性能好，利于钢板进行后续生产与焊接组装。
[0017] (4)本发明的成分设计中无需添加Cr、Ni、Mo、Nb等贵重合金元素，降低实际工业 生产成本与难度，符合汽车行业轻量化及低成本的客观需求。
【附图说明】
[0018] 附图1是本发明汽车用钢板制备过程。
[0019] 附图2是本发明的一种低密度、高强韧汽车用钢板制备工艺示意图。
[0020]附图3是本发明退火后钢板典型铁素体+奥氏体双相组织（金相照片）。
[0021] 具体实施方法
[0022] 合金元素作用简述如下：
[0023] C元素作为强烈的奥氏体化元素，扩大并稳定奥氏体相区，并起到固溶强化作用， 保证钢的力学性能。C含量的增加有利于提高钢中的奥氏体含量，使其获得良好的强韧性， 但是过高的C含量将影响其焊接性能，不利于汽车焊接组装。Mn，作为钢中主要的奥氏体化 合金元素之一，能扩大Y相区，稳定奥氏体组织，同时起到固溶强化作用。A1是钢中重要的 轻质元素和强烈的铁素体化元素，可以明显降低材料密度，并增加铁素体相含量。一定量的 铝可显著提高钢的热变形抗力，提高钢材的耐蚀性，并延迟材料的动态开裂。同时，A1能显 著提高钢的层错能，改变其变形机理。但需要指出的是，在冶炼过程中，A1元素烧损严重， 应注意元素的合理配比。P、S均为钢中的有害元素，易引起钢材的脆性断裂，在冶炼过程中 需要严格控制钢中磷、硫的含量。
[0024] 在实验室环境下冶炼了四炉钢，其化学成分（质量百分比）如表1所示。
[0025] 表1试验用钢化学成分（wt. % )
【主权项】
1. 一种强塑积大于30GPa? %的高Al中锰钢的制备方法，其特征在于化学成分质量百 分比为：〇? 10%~〇? 35%C、5. 0%~9. 0%Mn、4. 0%~7. 5%Al、P〈0. 003%、S〈0. 002%， 余量为Fe及不可避免杂质，试验用钢的密度为7. 10~7. 50g/cm3; 具体制备步骤如下： (1) 根据上述的合金成分体系进行冶炼，并将铸造坯料锻造成板坯； (2) 将板坯进行热轧；加热温度为1200°C，保温进行组织均匀化处理，经多道次轧制变 形，累积变形量在80 %~85 %，卷取温度600~700°C; ⑶将钢板进行冷轧：根据轧机能力，经过多道次轧制变形，累积压缩量为65~70% ; 之后对冷轧钢板进行退火处理、保温后水淬至室温。
2. 根据权利要求1所述的强塑积大于30GPa? %的高Al中锰钢的制备方法，其特征在 于：步骤（2)所述的热轧保温时间为I. 5h;热轧的开轧温度为1050~1100°C，终轧温度为 850~900 °C，卷取温度为600~700 °C。
3. 根据权利要求1所述的强塑积大于30GPa? %的高Al中锰钢的制备方法，其特征在 于：步骤（3)所述的冷轧钢板退火温度在860~930°C，保温时间为0. 5h。
4. 根据权利要求1所述的强塑积大于30GPa? %的高Al中锰钢的制备方法，其特征在 于冷轧钢板强塑积可达30~50GPa? %，符合第三代汽车用钢（强塑积> 30GPa? % )的 设计要求。
【专利摘要】一种强塑积大于30GPa·％的高Al中锰钢的制备方法，属于金属材料领域。本发明汽车用钢板的化学成分质量百分比为：0.10％～0.35％C、5.0％～9.0％Mn、4.0％～7.5％Al、P<0.003％、S<0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。本发明的制备工艺步骤包括：原料准备；冶炼浇铸；锻造；钢坯加热到1200℃保温1.5h后进行多道次热轧变形，开轧温度1050～1100℃，终轧温度850～900℃，累计变形量在80％～85％，卷取温度600～700℃；接着进行冷轧变形，累积压缩量为65％～70％；之后退火处理，在860～930℃保温0.5h后水淬；试验用钢为铁素体+奥氏体双相组织，其中铁素体为基体相，最终获得高Al含量、高强塑积的新型冷轧汽车用钢板。本发明冷轧钢板强塑积可达30～50GPa·％，符合第三代汽车用钢的设计要求。
【IPC分类】C22C38-06, C21D8-02
【公开号】CN104694816
【申请号】CN201510112679
【发明人】宋仁伯, 张磊峰, 赵超, 富强, 徐杨, 秦帅
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月13日